И вот первая вспышка — не за фольгой, а перед фольгой!.
Вот еще одна. И еще.
И снова пауза. И снова вспышка.
Марсден считал весь вечер и всю ночь.
На каждые восемь тысяч вспышек за мишенью появлялась одна вспышка перед ней. Один из восьми тысяч снарядов фольга отказывалась пропускать и отправляла обратно.
На следующий день Марсден заменил золотой листок медным, потом медный — алюминиевым.
Он хотел выяснять, уменьшается ли число отраженных снарядов, если мишень — из более легких атомов.
И выяснил — да, уменьшается, и довольно сильно.
Через несколько дней он сказал Резерфорду:
— Вы были правы, профессор…
Событие произошло, его надо было объяснить.
Когда рикошетирует снаряд? В двух случаях. Либо — когда отскакивает от чего-то более прочного и массивного, чем он сам. Либо — когда встречается с мишенью под очень большим углом, тут он может отскочить от чего угодно.
Но здесь не было снаряда, была альфа-частица. И летела она перпендикулярно мишени. И не было брони, а была тоненькая фольга. И не было в этой фольге ничего, кроме атомов.
Какими же они были, эти атомы, если семь тысяч девятьсот девяносто девять снарядов пронзали их насквозь, а восьмитысячный отскакивал обратно?
К тому времени существовали две модели атома. Модель Томсона — кекс с изюмом, положительно заряженный шар, внутри которого находятся отрицательно заряженные электроны. И планетарная модель — отрицательные электроны-планеты вращаются вокруг положительного Солнца.
Томсоновский атом не выдержал первого же залпа и рассыпался навсегда. В нем не было ничего, что могло бы заставить снаряд отлететь обратно. Плавающие внутри шара электроны? С таким же успехом горошина могла бы отбить пушечное ядро: альфа-частица в восемь тысяч раз тяжелей электрона, и к тому же несется с сумасшедшей скоростью.
Оставался лишь один возможный вариант строения атома. Резерфорд пришея к нему после почти двухлетних размышлений. Положительно заряженное тяжелое ядро. И на огромных расстояниях от него, подобно планетам вокруг Солнца, — электроны. Почти пустой атом. Потому что ядро, в котором сосредоточена масса атома, занимает ничтожное место — только так можно объяснить тот факт, что семь тысяч девятьсот девяносто девять альфа-частиц проскакивали мимо. Такой была единственно возможная модель, только такой атом мог вести себя под обстрелом так, как вели себя атомы фольги в опытах Резерфорда и Марсдена.
И Резерфорд был убежден, что атом устроен именно так. Но убедить в этом других он не мог. И вот почему.
Еще в 70-х годах XIX века английский физик Джемс Максвелл доказал, что любое заряженное тело, двигающееся в электрическом поле, при изменении скорости или направления теряет энергию, излучая ее в пространство. Электроны же, вращающиеся вокруг ядра, были бы именно такими телами. И они должны были непрерывно излучать энергию. И весь запас их энергии постепенно бы иссяк. И они обязательно упали бы на ядро. Так же обязательно, как обязательно падает в конце концов на землю выпущенная из ружья пуля.
Электрон упал бы на ядро, и атом перестал бы существовать.
Но известным в то время законам природы планетарный атом Резерфорда не имел права на существование. И в то же время опыт свидетельствовал непреложно: атом ведет себя так, как будто он и есть такой несуществующий атом.
Получалось одно из двух: либо природа играла не по правилам, либо правила были не по природе.
Она почти всегда существует — еще не известная, третья возможность: в запасе у Природы есть кое-какие правила, которым и подчиняется вновь обнаруженная игра. В случае с атомом это означало, что законы для макромира — для тел величиной с атом и больших, чем атом, недействительны для микромира — для тел меньшей величины.
…Закон для тел меньше атома был обнаружен берлинским физиком Максом Планком в 1900 году, еще до того, как заговорили об атомном ядре. И тогда никто не понимал, что с этим законом делать, к чему его приложить?
Макс Планк изучал спектры нагретых веществ. Давно было известно, что цвет нагреваемого тела меняется: сперва он красный, потом желтеет, голубеет… В зависимости от того, сколько энергии получало нагреваемое тело, менялось и его излучение.
Планк старался понять, как же именно распределяется энергия по разным излучениям. И когда он собрал множество фактов, связанных с этим процессом, то оказалось, что многим бесспорным данным невозможно найти объяснения, оставаясь на позициях, типичных для макромира.
Превращения в мире веществ нельзя было понять, пока не установили главное: вещества состоят из минимальных порций — атомов. Превращения в мире излучений тоже невозможно было понять, пока Планк не пришел к гениальной мысли: надо отказаться от представления, будто энергия течет сплошным потоком, а представить себе, что энергия, как и вещество, делится на порции, и что излучение состоит из минимальных порций — Макс Планк назвал их квантами.
Почему теплота, свет, рентгеновы лучи должны обладать зернистым, как говорили в старину — корпускулярным, строением, никто не понимал. Кому и зачем могли понадобиться эти минимальные порции энергии, было неизвестно. Известно было одно: профессор Планк, изучая спектры, не смог свести концы с концами, пока не предположил, что есть такая штука — наименьшая порция излучения — квант.
Альберт Эйнштейн первый объяснил с помощью кванта одно из ранее непонятных явлений. В то время, когда Планк ломал голову над спектрами, Эйнштейн еще учился в институте. А потом стал преподавателем. В школе Эйнштейн проработал всего два года: у него было множество собственных мыслей о природе вещей, и ему хотелось найти такую работу, чтоб голова оставалась более или менее свободной для размышлении. А кому не известно, каково приходится учителям…
В 1902 году скромному двадцатитрехлетнему учителю Эйнштейну из маленького городка Шафгаузен повезло: он получил место в столице Швейцария Берне, в патентном бюро. Там, отработав положенные часы, можно было спокойно раздумывать над устройством мира.
…Когда Альберт Эйнштейн прочел статью Макса Планка о квантах, то, поразмыслив, он нашел этим квантам дело.
Давно было известно, что, облучив металлическую пластинку ультрафиолетовыми лучами, можно возбудить в ней электрический ток. И что лучи меньшей энергии, скажем, фиолетовые, сделать этого не могут. Это был твердо установленный, но совершенно непонятный факт! Казалось бы, не все ли равно — пять минут облучать ультрафиолетовыми лучами или пять часов фиолетовыми? Ведь можем же мы испарить ведро воды и на спиртовке, и на керосинке, и на газовой плите — вся разница только во времени. Но то, что получалось с испарением молекул воды, никак не получалось с электронами. Что-то мешало!
Эйнштейн понял что: кванты. Один электрон выбивается из металла одним квантом… Ультрафиолетовый квант энергичней, чем фиолетовый, вот он и выбивает электрон. А у фиолетового кванта энергии для этого не хватает.
Так в 1905 году появилась физическая теория, объясняющая, что обыкновенный свет состоит из квантов — порций энергии разной величины. Величина энергии зависит от длины волны. Чем короче волна, тем энергичней квант.
Теперь хорошо было бы узнать, откуда эти кванты берутся.
Нильс Бор родился в Копенгагене, в семье профессора филологии, и учился физике. Когда он узнал об атомном ядре, открытом Резерфордом, ему было 26 лет. Он приехал в Англию и вскоре поступил стажером в лабораторию Резерфорда, Этому молодому датскому физику предстояло спасти планетарный атом Резерфорда.
Рассуждение Нильса Бора сводилось, в общем, к отказу считать всеобъемлющим правило Максвелла, отрицающее существование атома с ядром, поскольку опыт свидетельствовал, что такой атом есть. И поскольку, кроме всем известного и понятного правила Максвелла, насчет излучений, уже существовало малоизвестное и не очень понятное правило Планка о квантах. И это непонятное правило неплохо подходило к непонятному атому с ядром…